2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of molecular capsules with gate functions for uptake/release control of organic guests
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18H03913
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
秋根 茂久 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (30323265)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | かご型分子 / 分子カプセル / 応答性分子 / 動的変換 / 包接化合物 / 分子認識 / 環状化合物 / コバルト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
かご型構造の分子は、外部から隔離された内部空間での機能や、内部空間への物質の取り込みの観点から、近年注目が集まっている。しかしながら、これまでに報告されているかご型分子の多くは、物質の取り込みや放出の速度がかご型骨格自体にもともと備わっている隙間の大きさによって決まっており、ゲストの出入りを任意のタイミングでコントロールする機構は未開拓であった。そこで本研究では、配位結合によってかご型骨格の開口部の「窓」部分に開閉機構を導入し、またホスト骨格に導入した金属上での配位子置換反応を利用することで、各種金属イオンを中心としたゲストの出入りのコントロールを目指すこととした。
本年度は特に、マクロサイクル型コバルト(III)二核メタロホストに導入したアミン配位子の交換反応に駆動されるゲスト認識制御について検討を行った。まず配位子置換の起こりやすさの序列を調べたところ、ピペリジンが適度な反応性を有していることが明らかとなった。そこで、ピペリジンが配位したメタロホストの配位子置換反応について検討を行ったところ、メタノール中で数十分から数時間オーダーのタイムスケールで配位子置換反応が起き、メトキソ体に変換された。その際、四箇所ある反応部位のうち対角の二箇所で選択的に配位子交換が進行することがわかった。生成するメトキソ錯体は優れたアルカリ金属イオン認識能を示した。出発物のピペリジン錯体はイオン認識能を示さないので、配位子置換が進行しながらゲスト金属イオンを認識していくことになる。すなわち、ゲスト認識の速度を、「遅い」反応である配位子置換反応を使ってコントロールすることに初めて成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
マクロサイクル錯体のコバルト(III)上での各種アミン配位子等の交換が、ゲストの取り込みや放出の速度のコントロールに有効であることを本研究の推進の過程で見出した。この手法はかご型メタロホストの開閉などの動的変換にも適用できると考えられ、ゲスト認識のタイムスケール制御の基盤となる重要な知見を得ることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度までの研究において、金属イオンを包接できるかご型ホスト分子の開閉などに基づいたゲスト認識の制御を達成した。本年度は、有機分子を包接できるサイズの新たなかご型分子を合成し、配位結合による開閉とゲスト取り込み／放出の速度について検討する。
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